CN2645248Y - 一种可以提高运行寿命的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可以提高运行寿命的燃料电池，包括燃料电池堆、氢气瓶、减压阀、氢气过滤器、空气过滤器、空气压缩供应装置、水—汽分离器、水箱、水泵、散热器、氢循环泵；所述的氢气过滤器或空气过滤器采用二级或多极过滤装置来过滤氢气或空气，该二级或多级过滤装置的第一级采用多孔性材料，第二级以上的过滤装置充填吸附性很强的活性炭或分子筛。与现有技术相比，本实用新型可以保证进入燃料电池堆的空气与氢气质量，从而可以提高其运行寿命。

Description

一种可以提高运行寿命的燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及一种可以提高运行寿命的燃料电池。

背景技术

电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。

在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。

在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。

在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：

阳极反应：

阴极反应：

在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以上金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的导流孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。

为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。

一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。

质子交换膜燃料电池可用作车、船等运载工具的动力系统，又可用作手提式、移动式、固定式的发电装置。

质子交换膜燃料电池一般用氢气或含富态氢作燃料。在用作车、船动力系统或手提式、移动式和固定式发电站时一般用空气作氧化剂。

质子交换膜燃料电池用作车、船动力系统或手提式、移动式和固定式发电站时必须包括电池堆、燃料氢气供应、空气供应、冷却散热、自动控制及电能输出各个部分。其中氢燃料供应与空气供应是必不可少的。图1为燃料电池发电系统，在图1中1为燃料电池堆，2为氢气瓶，3为减压阀，4为空气过滤器，5为空气压缩供应装置，6为水—汽分离器，7为水箱，8为水泵，9为散热器，10为氢循环泵。

目前，燃料电池发电系统用作车、船动力系统或移动式、固定式发电站时都必须保证燃料电池长期运行的稳定性。为了保证燃料电池长期运行的稳定性，对向燃料电池供应燃料氢气与氧化剂空气的质量有较高的要求。所以，目前技术一般采用一个空气过滤器或氢气过滤器，可以滤去数个微米到亚微米的粉尘，保证进入燃料电池反应的氢气与空气的质量。

但我们发现影响燃料电池长期运行的寿命不但是数微米至亚微米的颗粒、粉尘，更主要的是一种超亚微米级的悬浮在空气中或混在空气中的有机的油性分子。这种有机的油性分子用目前最精密的空气过滤器或氢气过滤器也无法全部过滤掉，从而使这些有机的油性分子容易与空气或氢气一起进入燃料电池。经过长期运行，燃料电池的运行寿命将大大缩短。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以保证空气与氢气质量，从而可以提高运行寿命的燃料电池。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可以提高运行寿命的燃料电池，包括燃料电池堆、氢气瓶、减压阀、氢气过滤器、空气过滤器、空气压缩供应装置、水—汽分离器、水箱、水泵、散热器、氢循环泵；所述的氢气瓶通过减压阀及氢气过滤器向燃料电池堆供应氢气，所述的空气压缩供应装置通过空气过滤器吸入新鲜空气向燃料电池堆供应空气，所述的水—汽分离器将参加反应后的氢气分离后通过氢循环泵回收使用，同时另一水—汽分离器将参加反应后的空气分离后排放，所述的水箱、水泵、散热器对燃料电池堆进行冷却散热；其特征在于，所述的氢气过滤器或空气过滤器采用二级或多极过滤装置来过滤氢气或空气，该二级或多级过滤装置的第一级采用多孔性材料，第二级以上的过滤装置充填吸附性很强的活性碳或分子筛。

本实用新型针对目前的空气、氢气过滤装置技术，设计了一种可以保证空气与氢气质量的过滤装置。该过滤装置可以有效的将数微米至亚微米的粉尘颗粒以及超细的有机油性分子过滤掉，从而可以达到大大提高燃料电池长期运行寿命的目的。

附图说明

图1为现有燃料电池系统的结构示意图；

图2为本实用新型燃料电池系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图2所示，一种可以提高运行寿命的燃料电池，包括燃料电池堆1、氢气瓶2、减压阀3、氢气过滤器(图未示)、空气过滤器4′、空气压缩供应装置5、水—汽分离器6、水箱7、水泵8、散热器9、氢循环泵10；所述的氢气瓶2通过减压阀3及氢气过滤器向燃料电池堆1供应氢气，所述的空气压缩供应装置5通过空气过滤器4′吸入新鲜空气向燃料电池堆1供应空气，所述的水—汽分离器6将参加反应后的氢气分离后通过氢循环泵10回收使用，同时另一水—汽分离器6′将参加反应后的空气分离后排放，所述的水箱7、水泵8、散热器9对燃料电池堆1进行冷却散热。本实施例采用双层的过滤装置4′来过滤氢气与空气，该双层过滤装置4′的第一层是多孔性材料，可以将数微米与亚微米的颗粒和粉尘过滤除去，第二层是充填吸附性很强的活性碳或分子筛等填料，可以将有机的油性分子过滤吸附掉，保证进入燃料电池的氢气与空气达到质量要求。

实施例2

如图2所示，一种可以提高运行寿命的燃料电池，包括燃料电池堆1、氢气瓶2、减压阀3、氢气过滤器(图未示)、空气过滤器4′、空气压缩供应装置5、水—汽分离器6、水箱7、水泵8、散热器9、氢循环泵10；所述的氢气瓶2通过减压阀3及氢气过滤器向燃料电池堆1供应氢气，所述的空气压缩供应装置5通过空气过滤器4′吸入新鲜空气向燃料电池堆1供应空气，所述的水—汽分离器6将参加反应后的氢气分离后通过氢循环泵10回收使用，同时另一水—汽分离器6′将参加反应后的空气分离后排放，所述的水箱7、水泵8、散热器9对燃料电池堆1进行冷却散热。本实施例采用二级或多级过滤装置来过滤氢气与空气。二级或多级过滤装置的第一级装置是多孔性材料，第二级、第三级的过滤装置充填吸附性很强的活性或分子筛等填料。

Claims (1)

1.一种可以提高运行寿命的燃料电池，包括燃料电池堆、氢气瓶、减压阀、氢气过滤器、空气过滤器、空气压缩供应装置、水—汽分离器、水箱、水泵、散热器、氢循环泵；所述的氢气瓶通过减压阀及氢气过滤器向燃料电池堆供应氢气，所述的空气压缩供应装置通过空气过滤器吸入新鲜空气向燃料电池堆供应空气，所述的水—汽分离器将参加反应后的氢气分离后通过氢循环泵回收使用，同时另一水—汽分离器将参加反应后的空气分离后排放，所述的水箱、水泵、散热器对燃料电池堆进行冷却散热；其特征在于，所述的氢气过滤器或空气过滤器采用二级或多极过滤装置来过滤氢气或空气，该二级或多级过滤装置的第一级采用多孔性材料，第二级以上的过滤装置充填吸附性很强的活性碳或分子筛。

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